24 сентября 2012

Физики из Дубны, вероятно, обнаружили новую частицу, не вписывающуюся в Стандартную модель

Нуклотрон

Исследователи дубнинского Объединённого института ядерных исследований, Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики и Института прикладной физики Академии наук Молдовы экспериментально обнаружили следы распадов лёгкого бозона, не включённого в Стандартную модель.

Частица, масса которой оценивается в ~38 МэВ, пока обозначается просто как Е(38). О её наблюдении учёные рассказали на недавно завершившемся в Дубне Балдинском международном семинаре по проблемам физики высоких энергий, ещё до выступления опубликовав препринт статьи о своём открытии.

Бозон Е(38) упоминался в научной литературе еще в прошлом году: исследователи из Португалии Эеф ван Беверен и Джордж Рупп нашли «первые признаки» его существования, просматривая данные, собранные коллаборацией BABAR при столкновениях электронов и позитронов на коллайдере PEP-II в американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

В феврале 2012-го физики обновили статью, в которой теперь обсуждалась не только информация BABAR, но и результаты опытов, проведённых коллаборациями CDF (она, напомним, работала на протон-антипротонном коллайдере «Теватрон» в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми), CMD (электрон-позитронный коллайдер ВЭПП-2М, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН), CB-ELSA (ускоритель электронов ELSA, Боннский университет) и COMPASS (Суперпротонный синхротрон, Европейская организация по ядерным исследованиям). Представители COMPASS, что интересно, решили активно защищать каноническую интерпретацию своих данных и опубликовали короткий комментарий к работе ван Беверена и Руппа. Суть его сводится к тому, что найденный «пик» на ~38 МэВ представляет собой артефакт, характерный для конкретного спектрометра и конкретной схемы измерений и воспроизводимый стандартным моделированием по методу Монте-Карло.

Многие специалисты соглашались с COMPASS и рассматривали исследования ван Беверена и Руппа как бессмысленные поиски сигналов в распределениях сложной (и изначально не определённой) формы, не имеющие серьёзной физической основы. Теперь отношение может измениться: россияне анализировали уже не какую-то комбинацию опубликованных данных, а результаты экспериментов, выполненных ими лично на прекрасно известной им установке.

Для проведения опытов в Дубне использовался ускорительный комплекс «Нуклотрон», пучок с которого попадал на углеродную или медную мишень. Дейтроны (содержащие один протон и один нейтрон ядра дейтерия, стабильного тяжёлого изотопа водорода) на «Нуклотроне» разгонялись до двух или трёх гигаэлектронвольт в пересчёте на один нуклон, а протоны — до 4,6 ГэВ. Экспериментальная схема, показанная на рисунке выше, имела два одинаковых плеча, расположенных практически симметрично относительно оси пучка, и результаты столкновений частиц с мишенями фиксировали удалённые на три с лишним метра черенковские гамма-спектрометры.

Эти гамма-спектрометры и зафиксировали свидетельства распадов Е(38) на пары фотонов (такие распады, кстати говоря, однозначно указывают на то, что Е(38) относится к бозонам). Физики построили распределение числа фотонных пар, зарегистрированных в правом плече схемы, по их инвариантной массе (величине, для расчёта которой необходимо знать энергии двух фотонов и угол между направлениями их движения), сравнили полученный график с фоновыми предсказаниями Стандартной модели — и обнаружили прогнозируемый ван Бевереном и Руппом пик в области 38 МэВ. Сигнал проявлялся в трёх разных вариантах эксперимента: при выведении протонов и 2-гигаэлектронвольтовых дейтронов на углеродную мишень и при попадании более энергетичных дейтронов на медную мишень.

Традиционно в подобных исследованиях приводятся краткое описание установки и кое-каких ключевых её характеристик вроде энергетического разрешения, критерии отбора событий, сведения о том, как моделировался фон, и результаты статистического анализа с привычной оценкой значимости сигнала — однако ничего этого в новом препринте нет. Он, по сути, представляет собой набор однотипных графиков, построенных для трёх упомянутых выше вариантов эксперимента и разных критериев отбора (ограничений на энергию фотонов, сумму энергий двух фотонов и угол их разлёта), которые предъявляются без каких-либо комментариев.

Ответы на многие вопросы можно найти в опубликованном ранее отчёте об экспериментах на «Нуклотроне» и тех же черенковских гамма-спектрометрах (или в этой записи теоретика Криса Остина, который объясняет всё более доступно), но оформление важнейшей статьи о наблюдении частицы, не вписывающейся в Стандартную модель, действительно удивляет, пишет www.computerra.ru. К записи результатов авторы также отнеслись спустя рукава.